Канальные амплитудно-импульсные модуляторы и селекторы

Канальные амплитудно-импульсные модуляторы и селекторы (КАИМ-КС) являются основными элементами индивидуального АИМ тракта передачи и приема и представляют собой электронные ключи ЭК (рис. 2.1), срабатывающие от управляющих импульсов амплитудой Uу следующих с частотой дискретизации f_Д, длительность которых τ_И меньше периода следования-дискретизации Т_Д, т.е. скважность q = Т_Д / τ_И < 20.

Рис.2.1. Электронный ключ – аналог КАИМ-КС

Основные требования, предъявляемые к КАИМ-КС, сводятся к следующему:

- формирование коротких периодических импульсов-отсчетов из аналогового входного сигнала (обычно первичного);

- сохранение значений этих сигналов в течение заданного промежутка времени;

- малое сопротивление в замкнутом состоянии и большое сопротивление в разомкнутом;

- достаточное подавление импульсного управляющего напряжения Uу. Проникновение на выход КАИМ импульсов дискретизации приводит к изменению произвольным образом импульсов отсчетов на входе кодера и росту погрешностей при выполнении операций квантования и кодирования, что вызывает увеличение шумов в каналах. Необходимо, чтобы значение управляющего напряжения на выходе КАИМ-КС не превышало 0,001 величины пикового значения дискретизируемого сигнала. Подавление остатков управляющего напряжения осуществляется применением балансных схем построения КАИМ и КС;

- быстродействие, так как от длительности переднего и заднего фронтов импульсов отсчетов зависит величина переходных помех 1-го и 2-го рода;

- величина затухания, вносимого КАИМ-КС в тракт передачи АИМ сигналов, жестко нормируется, что требует применения специальных методов дискретизации и демодуляции;

- переходные влияния и шумы, вносимые КАИМ-КС в тракты передачи и приема, должны быть минимальными. Обычно суммарная величина эффективного напряжения этих шумов и помех не должна превышать 0,1 величины минимального шага квантования;

- амплитудная характеристика КАИМ-КС должна быть достаточно линейна, так как нелинейность амплитудной характеристики приводит к искажению формы импульсов отсчетов в широком динамическом диапазоне.

Основной элементной базой для реализации КАИМ-КС являются полупроводниковые диоды и транзисторы, их интегральные сборки. Схемы КАИМ-КС на основе полупроводниковых диодов приведены на рис. 2.2.

Рис.2.2. Диодные канальные амплитудно-импульсные модуляторы и селекторы

В последовательно-балансной мостовой схеме диодного КАИМ-КС (рис. 2.2,а) управление работой диодов VD1...VD4 осуществляется управляющим напряжением Uу периодической последовательности импульсов, следующих с частотой дискретизации. Для указанной полярности диоды VD1...VD4 открыты (сопротивление ЭК минимально) и часть сигнала u_с(t) длительностью, равной длительности импульса дискретизации τ_И поступает на выход схемы. При отсутствии импульсов диоды VDJ...VD4 будут закрыты (сопротивление ЭК максимально) и сигнал u_с(t) на выход схемы не поступает.

Параллельно-балансная (шунтовая) мостовая схема диодного КАИМ-КС представлена на рис. 2.2, б. Эти схемы находят широкое применение, так как не требуют трансформаторов. Для исключения проникновения управляющих импульсов на выход схемы осуществляется тщательная подборка диодов по равенству их сопротивлений в направлениях пропускания и непропускания. На практике используются интегральные сборки, в которых диоды выполнены на одном кристалле и обладают практически одинаковыми параметрами.

Схема КАИМ-КС, выполненная на двух транзисторах, приведена на рис. 2.3. Схема симметрична. Управляющее импульсное напряжение Uу поступает одновременно на базы транзисторов VT1 и VT2, при этом токи их эмиттерных цепей в нагрузке будут противофазными. Следовательно, при идентичности параметров транзисторов суммарный ток управляющего сигнала в нагрузке будет равен нулю.

Практически же из-за отличия параметров VT1 и VT2 удается добиться лишь частичного подавления этого тока. Дополнительная балансировка остатка управляющего напряжения на выходе КАИМ-КС может быть достигнута включением небольшого переменного сопротивления R_б. Наилучшие результаты балансировки достигаются при изготовлении транзисторов на одном кристалле интегральной микросхемы. Аналогичная схема может быть выполнена на одном симметричном транзисторе (рис. 2.4). В точках а обеих схем осуществляется параллельное соединение КАИМ-КС различных каналов системы. Схемы работают следующим образом: воздействие импульса управляющего напряжения переводит транзисторы в режим насыщения, сопротивление ЭК резко уменьшается и в течение канального интервала, равного τ_И, на выход схемы проходит сигнал. Снятие управляющего напряжения приводит к прекращению прохождения сигнала.

Рис.2.3. КАИМ-КС Рис.2.4. КАИМ-КС

на двух транзисторах на одном транзисторе

Сопротивление ключа в открытом состоянии определяется управляющим током базы транзисторов и имеет ярко выраженный минимум. Поэтому сопротивлением R подбирают такой ток базы, чтобы обеспечивалось минимально возможное сопротивление в открытом состоянии. Этим достигается минимальное затухание КАИМ-КС. Снижение затухания сигнала при его дискретизации может быть достигнуто применением так называемого резонансного способа дискретизации (рис. 2.5).

В структурной схеме индивидуального АИМ тракта передачи, показанной на рис. 2.5, выделен КАИМ, в котором реализуется резонансная передача отсчетов. Точка а - точка подключения других каналов системы передачи. К модулятору АИМ-1 подаются импульсы, следующие с частотой дискретизации f_Д, а к формирователю импульсов АИМ-2 - с частотой N_K * f_Д, где N_K - число каналов в индивидуальном оборудовании. В этой схеме конденсатор С1 представляет собой эквивалентную выходную емкость фильтра нижних частот (ФНЧ), а конденсатор С2 - накопительную емкость формирователя импульсов АИМ-2.

Рис.2.5. Резонансный способ дискретизации.

Указанные конденсаторы совместно с катушкой индуктивности L образуют последовательный резонансный контур. В течение промежутка времени, когда ключ КАИМ разомкнут, в конденсаторе С1 накапливается энергия передаваемого (дискретизируемого) сигнала, пропорциональная его мгновенному напряжению. В момент замыкания ключа (поступления импульсов дискретизации) в контуре начинается колебательный процесс, и энергия, накопленная в конденсаторе С1 начинает передаваться в конденсатор С2. Если ключ будет замкнут в течение половины периода колебательного процесса, энергия сигнала практически полностью перейдет из конденсатора С1 в конденсатор С2. Своевременное размыкание ключа предотвращает обратный переход энергии из конденсатора С2 в конденсатор С1. Необходимым условием для этого является выполнение следующих соотношений: длительность импульса отсчета

Преимущество резонансного способа дискретизации заключается в снижении затухания сигнала с нескольких десятков до нескольких единиц децибел без применения усилителей. Если учесть, что для компенсаций таких потерь потребовалось бы включение по крайней мере двухкаскадного усилителя, то эффективность резонансного способа дискретизации становится очевидной. Однако для осуществления этого способа дискретизации необходима более высокая стабильность длительности импульсов дискретизации и резонансной частоты контура.

Дата добавления: 2015-08-26